一种复合材料结构失效预测分析方法

标题：一种复合材料结构失效预测分析方法

摘要：本发明提供一种复合材料结构失效预测分析方法，结合湿热应变的影响，建立了表述各向异性复合材料在湿热环境影响下的应力应变关系的本构方程。同时，结合渐近损伤分析方法，在应力分析模型、失效准则和材料退化模型三个方面均引入了湿热效应对于材料刚度和强度等参数的影响，并编译了UMAT子程序并打包嵌入到有限元软件中，最终建立了可用于湿热环境下复合材料失效分析的更为完善的渐进损伤模型。本发明与现有的各类复合材料结构失效渐近损伤分析方法相比，考虑了湿热效应对于各向异性复合材料失效行为的影响，能够准确的表征材料在湿热环境下的损伤过程，适用于温度和湿度等条件更加复杂的情况下复合材料结构损伤过程的模拟和强度的预测。

申请号：CN201510853206.3

申请日：2015/11/26

申请人：中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所

首项权利要求：1.一种复合材料结构失效预测分析方法，用于复合材料结构损伤过程的模拟和强度的预测，其特征在于，包括如下步骤：
S1，对于给定的复合材料结构，测量并记录结构当前的温度和吸湿量；
S2，在复合材料结构三维有限元模型内，定义热膨胀系数α、湿膨胀系数β，输入当前温度相对于温度增量ΔT以及吸湿量c；
S3，基于温度增量ΔT，计算考虑温度和湿度影响的材料刚度和强度参数，并建立材料刚度矩阵C0；
S4，施加位移载荷，依据εht＝αΔT+βc计算得到在此温度和湿度条件下的湿热应变，并得到结构的应力分布σ＝C(ε-αΔT-βc)；
S5，采用Hashin类失效准则判定复合材料的失效状态；
S6，满足失效准则，则材料发生失效；此时，根据给定的材料退化模型对相应部位材料进行退化，并在第k增量步时采用
Ck＝Cd和σk＝Ck·(εk-1+Δεk)
分别更新刚度矩阵和应力分布状态；
S7，如果没有满足失效准则，则材料无损伤；此时，材料刚度不变Ck＝Ck-1，只更新应力分布状态σk＝σk-1+Ck·Δεk；
S8，判断位移是否达到给定的位移载荷，若尚未达到，则增加位移，返回步骤D，重复计算；若达到给定位移，则停止计算，输出分析过程中的载荷-位移曲线；分析载荷位移曲线，在载荷突降处认为结构已经失去承载能力，此时的载荷即为结构的极限载荷。

专利类型：发明申请